不同速度撞击下卵形弹侵彻混凝土靶的研究

发布时间：2020-06-11 03:08

【摘要】：本文以金属靶侵彻的相关理论为基础,并结合混凝土侵彻的磨蚀模型,在统一框架下对卵形头部长杆弹以不同速度侵彻半无限混凝土靶的问题进行了理论研究。利用本实验室自主开发的混凝土动态计算本构模型对弹体高速撞击混凝土的响应与破坏进行了数值模拟。主要研究成果如下:1.在统一框架内提出了卵形长杆弹侵彻半无限混凝土靶的理论模型。基于长杆侵彻金属靶理论及卵形弹侵彻混凝土靶的实验观察,混凝土侵彻模式根据弹体冲击速度的不同可划分为准刚体侵彻、变形侵彻和销蚀侵彻三种模式;在准刚体侵彻阶段,通过引入磨蚀效应考虑了卵形弹头形状的改变和弹体的质量损失;在销蚀侵彻阶段还考虑了弹体销蚀碎片对混凝土靶的二次侵彻。理论给出了不同侵彻模式转换的临界速度(刚体速度VR和流体动力学速度VH),并利用所提出的模型对相关卵形弹侵彻混凝土靶实验进行理论预测。结果表明:从低速到高速范围内,对不同工况下的侵彻深度、弹头形状、弹体残余长度(残余质量)、载荷时程曲线等模型预测结果均与实验吻合较好,同时在准刚体侵彻阶段模型预测的载荷时程曲线结果比刚体侵彻模型更准确。2.利用有限元软件AUTODYN对卵形弹以不同速度侵彻半无限混凝土靶问题进行了数值模拟。将本实验室自主开发的混凝土动态本构新模型形成相关代码嵌入到AUTODYN-2D软件中,并对长杆弹侵彻半无限混凝土靶进行了数值模拟。结果表明:卵形弹侵彻混凝土靶的侵彻深度与实验结果吻合较好,模拟预测的加速度时程曲线比刚体模型更加准确;同时,数值模拟所给出的不同侵彻模式之间转化的临界速度(刚体速度VR和流体动力学速度VH),与理论模型预测的结果基本吻合。
【图文】：

一个球形（或柱形）空腔以恒定的速度膨胀，用该简化模型来模拟弹体侵彻半无逡逑限混凝土靶问题。理论认为空穴膨胀速度达到稳定后会在介质中依次形成几个稳逡逑定的响应区域，如图Ｕ所示（金属材料：塑性区和弹性区；混凝土等脆性材料：逡逑破碎区、开裂区与弹性区），结合运动守恒方程、材料的本构方程和各区域边界逡逑的Ｈｕｇｏｎｉｏｔ阶跃条件推导处空穴表面的径向应力。在混凝土侵彻问题中弹体所逡逑受阻力较难通过实验测量获得，，应用空穴膨胀过程中的表面径向应力来近似弹体逡逑在侵彻过程中所受到的侵彻方向阻力，即可求解出弹体各时刻受到的靶板阻力，逡逑从而进一步积分得到侵彻深度。１９４５年Ｂｉｓｈｏｐ［１９］等人在研宄锥形弹准静态侵入逡逑金属板问题中首次提出了空穴膨胀模型用于近似弹体在侵彻过程中所受阻力。逡逑Ｈｉｌｌ［２０］和Ｇｏｏｄｉｅｒ［２１］在此基础上引入材料特性，先后推导出不可压缩塑性材料逡逑和不可压缩应变硬化材料的空穴膨胀模型。１９７１年，Ｈａｎａｇｕｄ和Ｒｏｓｓ［２２］将模型逡逑推广到可压缩材料，随着材料模型越来越复杂，空穴膨胀模型的准确性也有很大逡逑提高。逡逑

图１．２长杆弹高速侵彻半无限靶的响应模型逡逑
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TJ410;TU528

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本文编号：2707285